专利名称：太阳电池自动封装机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池自动封装机构，用于太阳电池与抗辐照玻璃盖片的自动封装，属于IC后封装领域。
由于胶层厚度较薄，玻璃盖片与太阳电池的长度和宽度相对较大，两薄片间非常容易积累空气而产生气泡，气泡的存在容易造成太空环境下玻璃盖片和太阳电池的破碎，影响封装后空间太阳电池的抗辐照能力。真空条件下封装虽然可以解决气泡问题，但成本高、结构复杂，因此需要有一种自动封装机构来实现非真空条件下的太阳电池自动封装操作。对现有封装技术的检索还没有发现非真空条件下解决上述问题的国内专利。
本发明是通过以下技术方案实现的封装机构主要包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置、封装装置和电池托盘。X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台上放有定好位的电池托盘，X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元上用螺钉固定好封装装置的吸盘定位夹具，电气控制装置的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。
X、Y、Z三自由度自动移动装置包括机座、X轴移动单元、Y轴移动单元、Z轴移动单元、工作台。机座为焊接结构，具有足够的刚度和精度，是整个设备的基础，其它部分都由它来支撑。X轴移动单元的轨道安装在机座上，Y轴移动单元的轨道安装在X轴移动单元的滑台上，工作台固定在Y轴移动单元的滑台上，Z轴移动单元的轨道安装在机座上。X、Y和Z轴移动单元均采用滚动丝杠传动导轨导向的结构。
电气控制装置包括工控机、运动控制卡、驱动器、电机、控制柜。运动控制卡插在工控机的主板插槽内，驱动器与运动控制卡之间用屏蔽线连接。工控机、运动控制卡、驱动器都放在控制柜内。控制柜内由驱动器引出连线与电机相接。为了简化传动系统，减小系统误差，电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。另外，控制柜内由运动控制卡引出连线与自动封装装置中电磁阀相接，实现封装气路的开关控制。
封装装置包括气源、截止阀、减压阀、带电磁阀的真空发生器、真空吸盘、气管、吸盘定位夹具。气源与截止阀的进气口用气管相连，截止阀的出气口用气管连出后经过减压阀，再连入真空发生器。真空发生器与固定在吸盘定位夹具中的真空吸盘连接。为了减少封装胶层内的气泡，安装在吸盘定位夹具中的真空吸盘与工作台平面成一微小角度(一般为2～3°)，并且可以调整角度大小。
电池托盘包括托盘板和底板，供太阳电池及玻璃盖片的摆放。通过螺钉，将托盘板与底板固定在一起。托盘板内设计有两个区太阳电池区和玻璃盖片区。太阳电池区设有多个定位槽，以矩阵形式排列。玻璃盖片区也设有相同数量多个定位槽，以直线式排开。
工作时，首先将封装装置的吸盘定位夹具固定在Z轴移动单元的滑台上，然后将真空吸盘连接在吸盘定位夹具上，并调整真空吸盘的位置，使之与水平面成一微小角度。接着将已经放满涂好胶的太阳电池的电池托盘，放到X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台上的封装位置并定位。再将玻璃盖片放到电池托盘的玻璃盖片定位槽里并定位。Z轴移动单元在电气控制装置的控制下向下移动，直到固定在Z轴移动单元上的封装装置的真空吸盘到达指定的封装位置为止。在电气控制装置的控制下，真空发生器内的电磁阀接通，真空吸盘中产生负压，于是玻璃盖片被真空吸盘吸住。Z轴移动单元在程序的精确控制下，连同固定在上面的真空吸盘一起运动，直至真空吸盘吸取的玻璃盖片的一边与水平工作台上的太阳电池相应的边线接触，此时真空吸盘吸取的玻璃盖片与电池托盘内的电池就成一微小角度。然后，真空发生器在电气控制装置的控制下关闭，真空吸盘停止吸取作用，玻璃盖片在重力的作用下，实现与太阳电池的封装。由于玻璃盖片与太阳电池成一微小角度落下，所以两者从线接触逐渐过渡到面接触，将空气从胶层内赶出，从而保证了胶层内的气泡大小和数量在要求的范围内。
理论分析与实验结果表明，通过调整相关参数，本发明可以使封装后的器件表面胶层厚度均匀，保证胶层内Φ1mm以上的气泡不多于2个，Φ0.5mm以上的气泡不多于3个，有效减少对器件和玻璃片的污染。同时，由于采用了真空吸盘自动操作，减少了人工操作过程中玻璃片的碎片现象(碎片率小于0.5％)，也避免了有毒介质对人身健康的损害。
本发明采用交流伺服来实现封装机构位置的精密调节，使得器件与玻璃盖片的封装错位控制在要求的指标范围内。更重要的是，本发明的方法取代了现有的对器件保护层(例如太阳电池的抗辐照玻璃盖片)的手工封装操作，精度、成品率、效率都大幅度提高(以每天工作8小时计算，系统效率可达1100～1200片/人日，而手工操作仅为200～300片/人日)。
本发明不仅可应用于空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域。
图1中，机座1、X轴移动单元2、Y轴移动单元3、Z轴移动单元4、工作台5、电气控制装置6、气动元件7、吸盘定位夹具8、真空吸盘9、电池托盘10。
图2本发明封装装置的气路示意图。
图2中，真空吸盘9、气源11、截止阀12、减压阀13、带电磁阀的真空发生器14。
图3(a)、(b)本发明电池托盘的结构示意图。
图3中，托盘板15、底板16、玻璃盖片区17、太阳电池区18。
图4(a)、(b)本发明吸盘定位夹具的结构示意图。
图4中，固定连接板19、活动连接板20、定位销21、调节螺钉22、23、夹紧螺钉24。
本发明封装机构主要包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置6、封装装置和电池托盘10，其连接方式如图1所示。其中，X、Y、Z三自由度自动移动装置包括机座1、X轴移动单元2、Y轴移动单元3、Z轴移动单元4、工作台5。X轴移动单元2的轨道安装在机座1上，Y轴移动单元3的轨道安装在X轴移动单元2的滑台上，工作台5固定在Y轴移动单元3的滑台上，Z轴移动单元4的轨道安装在机座1上。X、Y和Z轴移动单元2、3、4均采用滚动丝杠传动导轨导向的结构。X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台5上放有定好位的电池托盘10，X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元4上用螺钉固定好封装装置的吸盘定位夹具8，电气控制装置6的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。真空吸盘9放在吸盘定位夹具8中固定，真空吸盘9与工作台5的平面有一微小角度并可以调整。气动元件7固定在X、Y、Z三自由度自动移动装置的机座1上。在电气控制装置6的控制下，压缩空气可以从气动元件7出来，进入真空吸盘9中。
图2是本发明封装装置的气路示意图，为便于了解整个机构而从图1分离出来。气动元件7包括气源11、截止阀12、减压阀13、带电磁阀的真空发生器14。气源11经截止阀12、减压阀13接入真空发生器14。压缩空气从气源11出来，经过截止阀12后，进入减压阀13。通过减压阀13后，再进入带电磁阀的真空发生器14。真空发生器14的出口与真空吸盘9连接，对真空吸盘产生负压，吸附玻璃盖片。通过真空发生器14中电磁阀的通断可以控制是否产生负压，从而实现是否进行封装。
图3是本发明电池托盘10的结构示意图，其中图3(a)为电池托盘10的侧剖图，图3(b)为电池托盘10的主视图。电池托盘10包括托盘板15和底板16。其中，托盘板15带有起定位作用的通孔，底板16的表面平整度要求很高，两者通过螺钉固定在一起。托盘板15内设计有两个区太阳电池区18和玻璃盖片区17。太阳电池区18设有多个定位槽，以矩阵形式排列。玻璃盖片区17也设有相同数量多个定位槽，以直线式排开。定位槽靠三个很小的面定位，相当于三点定位。
图4是本发明吸盘定位夹具8的结构示意图，其中，图4(a)为定位夹具8的侧剖图，图4(b)为定位夹具8的主视图。定位夹具8包括固定连接板19、活动连接板20、定位销21、调节螺钉22、23、夹紧螺钉24。通过定位销21把固定连接板19和活动连接板20连接在一起，调节螺钉22和23拧在固定连接板19上，并且头部顶住活动连接板20，可以调节活动连接板20的倾斜角度。夹紧螺钉24穿过固定连接板19的圆弧槽，旋进活动连接板20的螺纹孔内，实现活动连接板20的固定。
本发明封装机构的工作过程如下如图1所示，首先将吸盘定位夹具8固定在Z轴移动单元4的滑台上，然后将真空吸盘9连接在吸盘定位夹具8的活动连接板20上。如图4所示，旋转调节螺钉22和23，使得活动连接板20倾斜，使得真空吸盘9与水平面成一微小角度(由实验确定，可取2～3°)，然后旋紧夹紧螺钉24。接着将放满已经涂好胶的太阳电池的电池托盘10放到X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台5上的封装位置并定位。再将玻璃盖片放到放有太阳电池托盘10的玻璃盖片定位槽里并定位，如图3所示。X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元4在电气控制装置6的控制下向下移动，直到固定在Z轴移动单元4上的封装装置的真空吸盘9到达指定的封装位置为止。在电气控制装置6的控制下，真空发生器14内的电磁阀接通，压缩空气从气源11流出经过截止阀12、减压阀13进入真空发生器14内，从而使固定在吸盘定位夹具8中的真空吸盘9中产生负压，于是玻璃盖片被真空吸盘9吸住。真空吸盘9吸取后的玻璃盖片与水平面成一微小角度。Z轴移动单元8在程序的精确控制下，连同固定在上面的真空吸盘9一起运动，直至真空吸盘9吸取的玻璃盖片的一边与水平工作台9上的太阳电池相应的边线接触，此时真空吸盘9吸取的玻璃盖片与电池托盘10内的电池就成一微小角度(与上相同)。然后，真空发生器14在电气控制装置6的控制下关闭，真空吸盘9停止吸取作用，玻璃盖片在重力的作用下，实现与太阳电池的封装。由于玻璃盖片与太阳电池成一微小角度落下，所以两者从线接触逐渐过渡到面接触，将空气从胶层内赶出，从而保证了胶层内的气泡大小和数量在要求的范围内。
权利要求
1.一种太阳电池自动封装机构，其特征在于包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置(6)、封装装置和电池托盘(10)，X轴移动单元(2)的轨道安装在机座(1)上，Y轴移动单元(3)的轨道安装在X轴移动单元(2)的滑台上，工作台(5)固定在Y轴移动单元(3)的滑台上，Z轴移动单元(4)的轨道安装在机座(1)上，X、Y和Z轴移动单元(2、3、4)均采用滚动丝杠传动导轨导向的结构，工作台(5)上放有定好位的电池托盘(10)，Z轴移动单元(4)上固定封装装置的吸盘定位夹具(8)，电气控制装置(6)的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连方式，吸盘定位夹具(8)中固定的真空吸盘(9)与工作台(5)的平面有一微小角度并可以调整，固定在机座(1)上的气动元件(7)中，气源(11)经截止阀(12)、减压阀(13)接入真空发生器(14)，真空发生器(14)与真空吸盘(9)连接。
2.如权利要求1所说的太阳电池自动封装机构，其特征在于电池托盘(10)包括托盘板(15)和底板(16)，带有定位通孔的托盘板(15)与底板(16)固定在一起，托盘板(15)内有太阳电池区(18)和玻璃盖片区(17)，太阳电池区(18)设的定位槽以矩阵形式排列，玻璃盖片区(17)设的相同数量的定位槽以直线式排开，并以三点定位。
3.如权利要求1所说的太阳电池自动封装机构，其特征在于定位夹具(8)通过定位销(21)把固定连接板(19)和活动连接板(20)连接在一起，调节螺钉(22，23)拧在固定连接板(19)上，并且头部顶住活动连接板(20)，以调节活动连接板(20)的倾斜角度，夹紧螺钉(24)穿过固定连接板(19)的圆弧槽，旋进活动连接板(20)的螺纹孔内，实现活动连接板(20)的固定。
全文摘要
本发明涉及一种太阳电池自动封装机构，包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置、封装装置和电池托盘。玻璃盖片和涂好胶的太阳电池放在工作台上的电池托盘内定位，在电气控制装置的控制下，Z轴移动单元向下移动，使真空吸盘到达指定的封装位置，接通电磁阀后压缩空气进入真空发生器，使真空吸盘产生负压吸起玻璃盖片，再移动到使玻璃盖片的一边与太阳电池相应的边线接触，并与电池成一微小角度时关闭真空发生器，使玻璃盖片落下，实现与太阳电池的自动封装。由于玻璃盖片与太阳电池成一微小角度落下，所以两者从线接触逐渐过渡到面接触，将空气从胶层内赶出，从而保证了胶层内的气泡大小和数量在要求的范围内。
文档编号H01L21/98GK1472821SQ0312905
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者付庄, 赵言正, 曹其新, 杨庆华, 孙文平, 陈鸣波, 张军, 唐则祁, 付 庄 申请人:上海交通大学